题目内容

【题目】如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理的相关问题,其中乙装置中X为离子交换膜。

请按要求回答相关问题:

(1)甲烷燃料电池负极电极反应式是:____________________________________。

(2)乙中X是_________交换膜,向乙中加入几滴酚酞溶液,工作一段时间后铁电极附近溶液变红,请用化学用语解释相关原因______________________________________________

(3)若在标准状况下,有4.48 L氧气参加反应,则乙装置中C电极上生成的气体的物质的量为__________。

(4)欲用丙装置给铜镀银,b应是____________(填化学式)。

(5)化学在环境保护中起十分重要的作用,电化学降解法可用于治理水中硝酸盐污染,电化学降解NO3—的原理如图所示。

①Ag-Pt电极上的电极反应式为___________________________。

②若电解过程中转移了2 mol电子,则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左-Δm右)为________g。

【答案】CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O 阳离子 铁为阴极,氢离子放电,剩余氢氧根离子,氢氧根浓度不断增大,使得酚酞溶液变红。 0.4 mol Ag 2NO3-+10e-+12H+= N2↑+6H2O 14.4g

【解析】

⑴甲烷燃料电池,燃料作负极,氧化剂作正极,其负极电极反应式是:CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O,

故答案为:CH4-8e-+10OH-= CO32-+7H2O;

⑵为了阻止阴极产生的OH-通过离子交换膜进入阳极室,和阳极产生的Cl2反应,乙中X采用的是阳离子交换膜,向乙中加入几滴酚酞溶液,工作一段时间后铁电极附近溶液变红,原因是铁为阴极,氢离子放电,剩余氢氧根离子,氢氧根浓度不断增大,使得酚酞溶液变红。

故答案为:阳离子;铁为阴极,氢离子放电,剩余氢氧根离子,氢氧根浓度不断增大,使得酚酞溶液变红。

⑶若在标准状况下,有4.48 L氧气参加反应,根据电子守恒,氧气和氯气的物质的量之比为1:2,

x = 0.4 mol

则乙装置中C电极上生成的气体的物质的量为0.4 mol

故答案为:0.4 mol

⑷电镀时镀件作阴极,镀层金属作阳极,所以丙装置给铜镀银,b是阳极,用Ag,

故答案为:Ag;

⑸Ag-Pt电极上,氮的化合价降低,发生还原反应,其电极反应式为2NO3-+10e-+12H+= N2↑+6H2O,

故答案为:2NO3-+10e-+12H+= N2↑+6H2O;

若电解过程中转移电子为2 mol,

解得y = 1 mol z = 2 mol c = 0.5 mol

左边质量减少即为消耗水的质量18 g,右边质量减少为生成氮气的质量再减去移动过来的氢离子的质量即

Δm左-Δm右 = 18g – 3.6g =14.4g。

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